IndieGoGo: CLOUDS POWER - the invention to save the Planet

[bari_x_andrew]

Click to view

Каждое облако над головой - это блок атомной или тепловой электростанции, но куда дешевле и чище... Давайте спасем Планету вместе!

Тезисы

Перед человечеством объективно стоят следующие принципиально важные и глобальные проблемы:

• энергетическая
• нехватка пресной воды
• экологическая
• спасение климата и жизни на планете

Существующие технологии не позволяют избежать возможной катастрофы в период 2050-2100 годов.
Предлагается технология использования Энергии Облаков, возможно единственная, которая позволяет этого избежать.

[Spoiler (click to open)]Подход к решению шаг-за-шагом:

1. Принципиальная неустойчивость климата планеты

Цитата: "Жизнь может существовать в температурном интервале, соответствующем жидкому состоянию гидросферы. Жидкая гидросфера Земли физически неустойчива по отношению к переходу в состояния полного оледенения планеты или полного испарения океанов. В отсутствие биотического управления окружающая среда и климат Земли в течение короткого времени перейдут в одно из этих двух устойчивых состояний, непригодных для жизни человека." - http://bioticregulation.ru/index_r.php



Таким образом проблема разбалансировки климата - это далеко не просто проблема комфорта человечества. Это проблема самой возможности существования жизни на Земле. У нас в Солнечной системе есть два ближайших соседа - Венера и Марс, которые как раз наглядно показывают, что будет с нами, если мы немедленно не остановимся и свалимся в одно из этих УСТОЙЧИВЫХ состояний. Несмотря на то, что разные климатические модели дают разные временные прогнозы разрушения стабильности экосистемы Земли, мы должны ориентироваться на худшие предсказания, которые дают нам всего несколько десятилетий до начала НЕОБРАТИМЫХ последствий.

2. Выделение в атмосферу углекислого газа - главный источник климатической проблемы.

Все, что природа запасала миллионы лет в виде органических видов топлива (угля, нефти, газа), человечество израсходует всего за пару столетий с начала промышленной революции. Сначала мы думали, что главная проблема - энергетическая, что нам просто скоро не хватит ресурсов. Но сейчас понятно, что при нынешних темпах потребления, мы уничтожим Землю даже раньше из-за глобальной климатической катастрофы.

Рекомендую всем посмотреть замечательное выступление Билла Гейтса на TED:

Цитата: "и вот моё пожелание. Оно очень конкретно: изобрести эту технологию. Если бы я мог загадать лишь одно желание на следующие 50 лет, мог бы загадать, кто будет президентом, загадать открытие новой вакцины, а эту тему я люблю, или загадать изобретение такой штуки, которая даёт энергию за полцены и без СО2, то я бы выбрал последнее. Оно имеет самые мощные последствия." - http://www.ted.com/talks/bill_gates (там можно включить русские титры)

Click to view

Билл Гейтс не знает приемлемого решения. От безысходности он предлагает разработку одного из весьма экзотических вариантов в области атомной энергетики - проект Terrapower. Думаю, что он и сам слабо верит в успех, но надо же что-то делать...

По поводу возобновляемых источников Гейтс говорит следующие правильные слова:

"Последние три из пяти направлений я сгруппировал. Это так называемые «возобновляемые источники». Конечно, замечательно, что для них не требуется топлива, но и они обладают недостатками. Первый - плотность энергии, аккумулируемой посредством этих технологий, существенно ниже, чем в электростанции. Это - энергетические угодья, речь идёт о площадях на много квадратных километров, в тысячи раз больше, чем занимает обычная электростанция. Кроме того, источник энергии неустойчив. Солнце светит не целый день, да и не каждый день, равно как и ветер непостоянен. А потому, если мы зависим от этих источников, то надо придумать способ получения энергии за время отсутствия её на источнике. Здесь огромные проблемы с себестоимостью. Проблемы с передачей на расстояние. Например, если источник энергии находится за пределами вашей страны, то вам нужна не только технология, но и защита от риска поступления энергии извне.

И, наконец, проблема хранения. Чтобы представить масштабы этой проблемы, я посчитал суммарную ёмкость всех типов производимых сегодня батарей - для автомобилей, компьютеров, телефонов, фонариков, для всего - и сравнил это с мировым объёмом используемой электроэнергии. Выяснилось, что всех производимых сейчас батарей хватит лишь на 10 минут мирового энергопотребления. Значит, здесь нужен революционный прорыв, нечто в сотни раз лучше, чем то, что позволяют нынешние подходы. Это небезнадёжно, но и не так легко. Такая проблема возникает, если мы хотим производить от нестабильного источника на 20-30% больше энергии, чем требуется для текущего потребления. Если мы полностью зависим от источника, то для этого потребуется невероятная чудо-батарея."

3. Проблема существующих энергетических ресурсов.

Есть много исследований, которые рассматривают и отдельно проблему энергетических ресурсов, например - http://www.theoildrum.com/node/8717

В принципе все сводится к следующей вполне понятной диаграмме.



Надежды на быстрое освоение термоядерной энергии, мягко говоря, не оправдались. Миллиарды вложенные в эти исследования привели к убежденности, что в принципе это достижимо, но требует огромных ресурсов, что приводит к экономической несостоятельности этой концепции на ближайшее столетие, по крайней мере. Из остального можно использовать либо атомную энергию (которая после Чернобыля и Фукусимы сильно замедлила свое развитие), либо органическое топливо (которое создает проблему с CO2, экологией и климатом), либо возобновляемые источники (из которых реально по ресурсу проходят только солнечные панели и, возможно, ветрогенераторы). Результат анализа существующих технологий обычно заканчивается пессимистическим выводом, что пока не закончилось органическое топливо (а это примерно пара сотен лет), человечество вынуждено будет использовать его, попутно пытаясь минимизировать проблему накопления CO2 и молясь, чтобы пронесло с проблемой климата. Что будет дальше - Бог весть...

Если не пронесет, то катастрофа может наступить уже в 2050-2100 годах... Если климатическая катастрофа станет очевидной, то возможен ТОЛЬКО НЕМЕДЛЕННЫЙ переход на возобновляемые источники, но даже при самых предельных темпах мы максимально можем рассчитывать только на замещение порядка 50% энергетики к 2050 году. Что будет означать глубочайший коллапс в развитии человечества, сокращение его численности из-за голода и нехватки энергетических и иных ресурсов, и т.д.

4. Фундаментальные ограничения возобновляемой энергетики.

Опять же, есть много исследований на эту тему, например - http://oneinabillionblog.com/energy/renewable-energy/fundamental-limitations-of-renewable-energy/ и другие материалы на этом сайте. Собственно, основное было сказано и в вышеприведенной цитате Билла Гейтса - рассредоточенность (размерность 2, тогда как в традиционной энергетике - размерность 0) и неравномерность (что эквивалентно дополнительным вложениям в аккумулирование).

При этом по ресурсам, как было написано выше, достаточны только солнце и (возможно) ветер. Традиционная гидроэнергетика, которая также лишь разновидность солнечной энергии, не имеет достаточного ресурса - например, http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/12/how-much-dam-energy-can-we-get/

Однако использование энергии облаков по технологии АэроГЭС увеличивает этот ресурс почти в 200 раз (см. картинку выше) и кардинально меняет эту оценку.

Принципиально при этом то, что вступает в игру ее величество ЭКОНОМИКА. Все три способа преобразования (панели, ветер, облака) имеют тот же порядок по плотности энергии (~100 Вт/м2), но только для АэроГЭС всю эту энергию практически без потерь можно слить в одну точку (труба/турбина), сделав часть пропорциональную м2 несравненно дешевле, чем в других альтернативах. А это предполагает на 1-2 порядка меньшие удельные капиталовложения (~10 $/кВт) и низкие сроки окупаемости (~ месяца), которые позволят быстро перестроить энергетику и успешно пройти энергетический и климатический коллапс в районе 2050-2100 годов.

То есть, несмотря на то, что в АэроГЭС улавливание энергии тоже имеет размерность 2 (пропорционально площади сети или кайта, но не площади на земле!), само преобразование энергии (а это и есть самый капиталоемкий элемент любой электростанции) можно осуществлять в одной точке (размерность 0), в отличие от солнечных панелей и ветрогенераторов, где дорогие преобразователи также размножены пропорционально размерности 2. Кроме того, АэроГЭС может сама и сглаживать неравномерность небольшим гидроаккумулированием и куда большим (в 600 раз!) аккумулированием в виде водорода в балонетных аэростатах. При этом аккумулирование (и возможно, доставка) энергии в виде водорода создает возможность постепенного и безболезненного перехода с природного газа на существующих традиционных электростанциях и транспорте на водород.

АэроГЭС шаг-за-шагом:

1. Потенциальная мощность Круговорота Воды в Природе
Круговорот Воды - самый мощный процесс в Природе - это около четверти всей солнечной энергии или почти половина энергии, достигающей поверхности Земли.


Так как каждый год выпадает в среднем около 1 м осадков, это соответствует огромной мощности ~ 800 ТВт, что:

• более чем в 60 раз превосходит все текущие энергетические нужды человечества
• более чем в 400 раз превосходит мощность всех электростанций

2. Почему же обычные ГЭС дают так мало энергии?!

• Потери по вертикали: все осадки теряют основную часть своей потенциальной энергии по пути к земле на сопротивление воздуха и удар об землю
• Потери по горизонтали: большинство осадков выпадают в океан или на равнину, так что их использование становится невозможным или экономически не выгодным

Поэтому сток всех рек в 11 раз меньше, чем все осадки, а мощность всех рек в 200 раз меньше мощности облаков


3. Как избежать потерь энергии?

• Собирать воду там, где она реально конденсируется, т.е. прямо в облаках
• Использовать весь возможный гидравлический потенциал в любом месте земли или океана

Это было предложено Николой Тесла еще в 1915 году.


4. АэроГЭС - это сумма 3-х хорошо известных устройств:

• Обычная ГЭС
• Аэростаты заграждения или кайты
• Системы сбора тумана

Click to view

5. Патент на АЭРО ГЭС

Patent RU 2500854 C1 from 17.04.12
International Application PCT/RU2013/000070 (WO2013157991)



Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения энергии, запасенной в атмосферной влаге в любой точке мира. Устройство содержит нижний бьеф 1, верхний бьеф 2, водовод 3, турбогенератор 4 и поверхности 5. Поверхности 5 выполнены с возможностью приема атмосферной влаги из воздушного потока и доставки ее к верхнему бьефу. Причем поверхности 5 подняты на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий. Для поддержания поверхностей 5 используются аэростаты или дирижабли 6. Обеспечивается расширение функциональных возможностей и увеличение удельной мощности ГЭС путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом от высоты реальной конденсации атмосферной влаги в облаке до уровня земли.

Для более полной информации см. http://airhes.com

6. Что это дает?

• практически вечную и ничем не ограниченную дармовую электроэнергию и чистую воду для питья и орошения, причем в любой точке планеты, где есть облака
• минимальный расход места на земле (как под ЭС, так и под ЛЭП), а также возможность использования любых поверхностей (включая огромные территории пустынь, морей, океанов и т.п.)
• модульность (можно собирать системы любой мощности из стандартных модулей, например, по 1 МВт)
• мобильность (для оперативного перебазирования при необходимости или даже для использования на транспорте, например, для снабжения электроэнергией и водой океанских судов)
• чистоту и экологичность из-за сравнительно небольших локальных гидропотоков по сравнению с обычными ГЭС и полным отсутствием тепловых, химических или ядерных выбросов в окружающую среду
• увеличение удельной мощности ГЭС (т.е. мощности на единицу расхода воды) путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом (от высоты конденсации атмосферной влаги до уровня земли)
• существенно более низкие капитальные затраты на единицу мощности и издержки по сравнению с любыми другими известными видами возобновляемой и невозобновляемой энергетики
• возможность дополнительного использования для сетевой связи, видеонаблюдения, высотной рекламы, грозозащиты, климатической защиты (например, против ураганов и торнадо в США по берегу Мексиканского залива), регулирования климата (например, отсечением дождей в Питере по дамбе при преобладающей юго-западной розе ветров), ПВО (например, для Израиля), затенения в жарких странах и многое другое...

7. Технико-экономическое обоснование
Оценка максимальной производительности: В грозовой туче у нас до 5 г/м3 воды. Пусть это будет только 1 г/м3, на высоте 5 км, обычная скорость ветра здесь составляет 10 м/с, получаем 500 Вт/м2. Для сравнения, блок АЭС мощностью 500 МВт будет эквивалентен ~ 1 км2 сетки для Аэро ГЭС. Не так много, учитывая, что блок АЭС находится на земле и занимает примерно такую же территорию (не считая еще ~100 км2 санитарной зоны вокруг АЭС). И эта земля потеряна навсегда. А нам нужно только место для турбины, остальная часть находится на высоте 5 км и может быть демонтирована в любой момент.

Таким образом, если провести экономическую аппроксимацию по экстенсивному фактору (т.е. в расчете на 1 м2 активной поверхности - $ 0.5 для двойного слоя полипропиленовой сети), то для больших Аэро ГЭС можно ожидать в соответствии с законом «квадрат - куб» следующие предельные величины для удельных капиталовложений:

• для пессимистической оценки (по средним данным пассивных систем сбора тумана) ~ 2 Вт/м2 -> ~ 250 $/кВт
• для оптимистической оценки (по максимальным данным активных систем сбора тумана) ~ 50 Вт/м2 -> ~ 10 $/кВт
• для сверх оптимистической оценки (по физическому расчету для экваториальной зоны) ~ 500 Вт/м2 -> ~ 1 $/кВт

Для сравнения

• самые дешевые в сегодняшней энергетике ТЭЦ с газовыми турбинами ~ 500-700 $/кВт при самых больших издержках ~ 5 центов за кВт-час,
• обычные ТЭЦ  ~ 1500 $/кВт при издержках ~ 2.5 цента за кВт-час,
• ГЭС ~ 1000-3000 $/кВт при издержках ~ 0.5 цента за кВт-час,
• АЭС ~ 5000 $/кВт при издержках ~ 2.5 цента за кВт-час

Для детальных расчетов см. ТЭО для различных примеров АэроГЭС

8.Главные преимущества

• Громадный потенциал, значительно превосходящий все потребности человечества
• Почти повсеместное использование, где есть капельные облака
• Возможность аккумулирования энергии и как гидроаккумулирующей станции, и как накопителя водорода
• Получение нескольких важнейших ресурсов одновременно - электрической энергии, водорода, пресной воды
• Принципиальная возможность снижения себестоимости энергии на 1-2 порядка
• Абсолютная экологическая безопасность по любым загрязнениям и CO2
• Спасение климата и теплового баланса Планеты
• Технологическая простота, возможность повсеместного производства
• Наконец, это потрясающе красиво!

9. Главные ограничения, проблемы, риски, задачи

• Физические - замерзание воды. Это ограничивает круглогодичное использование в северных странах.
• Эксплуатационные - неравномерность облаков. Возможные решения:

1. аккумулирование воды на верхнем бьефе (в 2-3 раза выгодней использования традиционных химических аккумуляторов).
2. предполагаемый альтернативный механизм индуцированной конденсации на сетке (подобно осаждению росы)
3. аккумулирование водорода (в балонетных аэростатах, в 600 раз эффективнее гидроаккумулирования)
4. восстановления алюминия для транспортных топливных элементов

• Инженерные - получение энергии с высоты 2-5 км. Возможные решения:

1. стандартный напорный шланг-водовод (Kevlar, Dyneema) или вертикальная труба
2. безнапорный гравитационный шланг-водовод (канальный водопад)
3. канатная дорога (обратный водоподъемник).

• Отсутствие опыта - требуются дальнейшие исследования и оптимизация для разных типов установок.

10. Оптимистический технический бизнес-план

• Исследования и разработки - расчетное моделирование и эксперименты для различных типов сетей и кайтов (идеально в горах с орографической облачностью) -  ~$10k и ~ полугода
• Создание технического прототипа на основе кайта для получения питьевой воды в любом месте, где есть облака - ~$20-30k и ~ полгода (в случае успеха, это может уже изготавливаться для водоснабжения)
• Создание технического прототипа для производства энергии и воды (~20-50kW) на основе комбинации кайта, сетей и аэростата для длительной работы - ~$50-100k и ~ полгода
• Создание больших установок (~20-50MW) для получения прибыли (со сроком окупаемости ~ месяца) - ~$1M и ~ полгода
• Создание энергетических комплексов (~1GW) и решение проблем человечества за 10-20 лет

Присоединяйтесь: #cloudspower - http://igg.me/at/cloudspower